特制合金抗輻射能力提升百倍 可用于研發(fā)核反應堆

據美國密歇根大學(xué)官網(wǎng)近日報道，該校研究人員發(fā)現，由三種以上金屬元素按相同濃度組成的金屬合金，抗輻射能力比純金屬高100倍。這一發(fā)現將給核能、航空等急需耐高溫抗輻射材料的產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性變化。

核反應裝置長(cháng)期面臨的一大難題是：其金屬外殼暴露在高溫輻射環(huán)境下很容易膨脹變形，有時(shí)尺寸甚至會(huì )膨脹一倍。金屬之所以會(huì )在輻射環(huán)境下膨脹，是由于輻射粒子進(jìn)入金屬后，每個(gè)粒子會(huì )快速“撞”走金屬原子留下空穴。輻射粒子在晶體內快速穿梭，而空穴移動(dòng)較慢，大量空穴逐漸合并后尺寸越來(lái)越大。為阻止這些空穴和膨脹形成，大多數相關(guān)研究集中在金屬內創(chuàng )建微結構或納米結構，以此來(lái)吸附空穴保持材料尺寸。

但密歇根大學(xué)核工程和放射科學(xué)教授王路敏(音譯)率領(lǐng)團隊另辟蹊徑。他們請美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室提供各種金屬含量大致相同的鎳鈷鐵和鎳鈷鐵鉻鎂兩種合金，并將其暴露在能造成二級傷害的輻射環(huán)境和500℃高溫下。“我們首次發(fā)現，合金內不同金屬會(huì )相互干預。”王路敏說(shuō)，“這類(lèi)合金能在高溫下變軟、低溫下變硬，是一類(lèi)完美的耐輻射材料。”通過(guò)用透射電子顯微鏡分析，他們發(fā)現，這些合金的抗輻射能力比純鎳金屬提高了100倍。

王路敏團隊還與同事高飛合作，用計算機對合金進(jìn)行原子水平的模擬研究，找到了這些合金耐輻射的原因：合金內不同大小的原子會(huì )相互碰撞，輻射粒子因此不能快速行進(jìn)，與空穴很容易相遇并填補空穴，使得空穴不能聚合成更大尺寸。

發(fā)表在《自然·通訊》雜志上的這一最新研究，將幫助科學(xué)家們研發(fā)出更多的耐輻射合金材料，設計出更安全耐用的核反應堆和太空設備。